진로의 날 발표 by

주제선정 이유

suinjeong172 — 2024-05-19 20:11:22 UTC

DNA 생명의 비밀이라는 책을 읽었는데, 책을 읽으면서 DNA 찍은 사진이 왜 이중나선이라고 생각했는지가 이해가 안돼서 왜 이중나선인지 궁금해짐

DNA란?

suinjeong172 — 2024-05-19 20:12:32 UTC

DNA(Deoxyribo Nucleic Acid, 데옥시리보핵산, 디옥시리보 핵산)는 뉴클레오타이드의 중합체인 두 개의 긴 가닥이 서로 꼬여있는 이중나선 구조로 되어있는 고분자화합물이다.

suinjeong172 — 2024-05-19 20:14:16 UTC

DNA는 4 종류의 뉴클레오타이드가 중합 과정을 통해 연결된 가닥으로 이루어져 있다. 이 가닥은 사이토신, 구아닌, 아데닌, 티민은 독특한 핵염기(nucleobase)로 구분되기 때문에 흔히 DNA 염기서열이라고 부른다.^[3] DNA 염기서열은 유전정보를 나타내는 유전자 구간과 그렇지 않은 비부호화 DNA 구간으로 나눌 수 있다.

DNA구조의 발견

suinjeong172 — 2024-05-19 20:19:21 UTC

제임스 왓슨과 프랜시스 크릭은 프랭글린이라는 여성 과학자가 DNA를 X선으로 촬영한 사진을 프랭클린 동료 윌킨스로 부터 받았고 연구를 시작함

suinjeong172 — 2024-05-19 20:21:20 UTC

처음에는 염기가 밖으로 나와있는 모습일꺼라 예측. 하지만 그렇지 않았고, 당-인산의 뼈대를 바깥에 두고 염기들이 안쪽을 향하는 구조를 시도했다. 그렇다고 모든 문제가 순식간에 해결되지는 않았다. 염기가 바깥을 향할 때에는 자유도가 많았지만 안쪽을 향하면 네 개의 염기들이 어떻게 얽히고설켜 두 개의 뒤틀린 뼈대를 붙들어두는가 하는, 대단히 심각한 문제를 해결해야 했다. 뼈대가 중심에 있는 모형에서는 각 가닥의 인산기를 마그네슘이나 나트륨의 2가 양이온이 붙들고 있는 형태가 가능했다.

결국에는 특정한 염기들끼리 퍼즐이 맞춰지듯 수소결합을 통해 짝을 이루면서 두 개의 뼈대가 하나의 이중나선구조를 이루는 결과를 얻었다. 왓슨은 “이토록 아름다운 구조가 진실이 아닐 리 없다”고 여겼다.

이후 이들은 이러한 연구 논문을 네이처에 투고. 세상에 알려지게 된다.

즉

suinjeong172 — 2024-05-19 20:22:04 UTC

그들또한 그냥 사진만 보고 이중나선구조라는 것을 안것이 아니라 연구를 했다는 거임

DNA의 구조는 왜 이중나선일까

suinjeong172 — 2024-05-19 20:22:33 UTC

[사이언스N사피엔스] DNA의 이중나선 구조

suinjeong172 — 2024-05-19 20:23:06 UTC

영향

suinjeong172 — 2024-05-19 20:23:50 UTC

DNA 이중 나선 구조가 밝혀진 후 생명과학은 말 그대로 폭발적으로 발전하기 시작했다. 생명 현상을 분자 수준에서 이해하고 응용하려는 분자 생물학의 총아로 떠오른 것은 물론 각종 생명 현상의 비밀들이 하나씩 풀려가기 시작했다. 호박만 한 토마토를 만들 수 있는 것도, 유전자를 분석해 범인을 잡는 것도 다 DNA의 구조를 밝혀냈기 때문이다.

suinjeong172 — 2024-05-19 20:25:35 UTC

제한효소는 DNA 분자를 정확한 위치에서 잘라줄 뿐 아니라 특정한 유전자를 찾아 다른 유전자들과 분리시켜 주기도 한다. 이 덕분에 일렬로 나열하면 1.5m에 이르는 인간 DNA 사슬을 연구에 필요한 특정 부위만 작게 잘라내는 일이 가능해졌다. 긴 사슬을 잘라낸 작은 조각들을 짜맞춰 상대적 위치를 결정하면 유전자 지도를 만들 수도 있다. 이를 발견한 아르버와 네이선스, 스미스 등은 1978년 노벨 생리의학상을 받았다.

그 후 수백 가지의 제한효소가 발견돼 DNA 연구는 비약적으로 발전하기 시작했다. 더욱 중요한 것은 잘라진 조각의 끝을 이어주는 연결효소도 발견됐다는 점이다. 이는 곧 오늘날 유전공학 혁명을 일으킨 재조합 DNA 기술로 연결됐다.

제한효소를 이용하면 모든 생물의 DNA를 마음대로 자를 수 있었고, 연결효소로 DNA를 붙이는 것 또한 어렵지 않았다. 따라서 DNA는 살아있는 생물이라면 어디든 옮겨 다닐 수 있었다. 박테리아의 DNA를 식물에 넣을 수도 있고, 인간의 DNA 조각을 동물의 DNA에 붙일 수도 있었다. 이때부터 클로닝(cloning)이란 말이 유행하기 시작했다. 클로닝이란 조직의 일부를 이용해 생명체 전체를 창조한다는 의미이다.

제한효소와 DNA 재조합 기술의 발견은 DNA 속에 염기들이 어떻게 배열돼 있고, 특정한 유전자가 어디에 위치하고 있는지를 알려주기 시작했다. 영국의 생화학자 프레드릭 생어는 1954년 최초로 인슐린의 아미노산 배열을 완전하게 분석했다. 단백질이 아미노산만으로 이뤄졌다는 사실을 입증한 것. 이 공로로 1958년 노벨 화학상을 받았다.

그러나 그의 연구열은 식을 줄 몰랐다. 생어는 1977년 미국의 앨런 맥삼과 웰터 길버트와 함께 DNA 서열분석기를 사용해 DNA 염기의 배열 정보를 짧은 시간에 손쉽게 알아내는 방법을 개발했다. 그야말로 30억개의 염기쌍의 배열을 밝히는 데 뒷받침이 되는 기술이 등장한 것이다. 이 연구로 1980년 길버트, 폴 버그와 함께 생어는 두 번째 노벨화학상을 받았다.

1982년에는 DNA 재조합 기술을 이용해 박테리아에 인간의 인슐린 유전자를 집어넣어 당뇨병 치료에 필수적인 인슐린을 대량으로 생산할 수 있는 방법을 찾았다. 대장균은 평균 30분에 한 번씩 분열한다. 따라서 인슐린 유전자와 대장균의 플라스미드를 붙인 후 대장균에 삽입하면 하룻밤 사이에 몇백만 배로 번식해 대량의 인슐린을 만들어낸다.

그런데 대장균을 숙주세포로 사용하는 경

출처 : 주간조선(http://weekly.chosun.com)

1. 염기를 보호하기 위해서

suinjeong172 — 2024-05-19 20:25:51 UTC

DNA의 2중 나선 구조는 염기를 보호하는 역할을 합니다.

염기들은 수소 결합으로 서로 연결되어있고, 2중 나선의 안쪽에 위치하기 때문에,

다른 화학물질과 반응할 확률이 매우 낮습니다.

세포 분열이 일어날 때에는 DNA가 풀어지게 되는데

이때에는 수소결합이 끊어지고 2중나선이 풀어지게 됩니다.

염기가 바깥으로 노출되면, 새로 만들어진 뉴클레오타이드가 결합하여 새로운 2중나선을 만듭니다.

다음시간에는 DNA가 붙어있도록 하는 수소결합에 대해서 알아보겠습니다.

[출처] 3-1-1-2. DNA의 구조와 기능|작성자 디테기CE

2. 구멍(빈부분)을 줄이기 위해서

suinjeong172 — 2024-05-19 20:26:07 UTC

suinjeong172 — 2024-05-19 20:26:52 UTC

원리

suinjeong172 — 2024-05-19 20:30:38 UTC

DNA가 나선 모양으로 꼬이는 것은 일차적으로 디옥시리보스와 인산의 중합 형성으로 생기는 구조 때문이다. 리보스와 디옥시리보스는 모두 탄소 5개로 이루어진 오탄당으로 단원자 산소를 매개로 오각형의 구조를 이룬다. 단원자 산소에서 시계방향으로 각 탄소마다 1번에서 5번까지 번호를 붙여 위치를 나타낸다.^[18] 뉴클레오타이드에서 디옥시리보스의 1번 탄소는 핵염기와 결합하고, 2번과 3번은 하이드록시기(-OH)와 결합하며 4번 탄소와 연결된 5번 탄소가 인산염과 결합한다. 그리고 다른 뉴클레오타이드와 결합하는 것은 5번 탄소에 연결된 인산염이다. 따라서 DNA 염기서열 사슬은 언제나 인산염을 사이에 두고 5번 탄소와 3번 탄소가 연결되게 된다. 이를 5' → 3' 연결 방향성이라고 부른다.^[19] 인산염의 결합 위치때문에 DNA 가닥은 3차원에서 나선 구조를 지니며 꼬이게 된다. 한편, 두 가닥의 염기서열 뼈대에 연결된 핵염기가 상보적이기 때문에 한 쪽 가닥 말단이 3번 탄소라면 상대쪽은 5번 탄소이게 되고 그 반대로 한 쪽의 말단이 5번 탄소라면 상대쪽은 3번이게 된다. 그 결과 A-T 및 G-C 두 염기서열 뼈대는 서로 반대 방향으로 나란한 역평행성과 상보성을 보인다. 이와 같이 하여 DNA는 두 개의 염기서열 뼈대가 서로 꼬인 이중나선 구조가 되고 두 사슬의 핵염기가 마치 사다리처럼 상보적으로 결합하여 안정적 구조를 유지하게 된다.^[15]

3. 이중나선 구조만 있는건 아냐!

suinjeong172 — 2024-05-19 20:36:21 UTC

이중나선의 종류

DNA 이중나선은 대개 오른 나사 방향으로 꼬이는 B형이 일반적이긴 하지만 꼭 그것만이 유일한 구조는 아니다. 널리 알려진 유형으로는 A-DNA, B-DNA, Z-DNA가 있다. DNA 이중나선은 나선 사이에 홈이 패이게 되는데 넓게 패이는 주홈과 좁게 패이는 부홈을 구분할 수 있다. 가장 일반적인 B-DNA의 경우 한 번 감긴 나선 마다 10개의 염기쌍이 놓인다. 그런데 A-DNA는 나선의 기울기가 수직축을 기준으로 30°정도 기울어져 있어서 더 큰 폭으로 회전한다. 이 경우 나선 사이의 홈도 비슷하게 패여서 주홈과 부홈을 구분하기 힘들게 되며 나선 하나에 놓이는 염기쌍도 11개로 B형 보다 1개 더 많다. 한편 Z-DNA는 나사의 회전 방향이 B-DNA와 거울상 대칭을 보이고 나선 하나에 12개의 염기쌍이 놓이게 된다. 그 결과 Z-DNA는 B-DNA보다 길고 홀쭉하게 보이게 된다.^[20]

이중나선이 아닌구조
(1) 초나선형과 환형 DNA
DNA 이중나선은 대개 오른 나사 방향으로 꼬이는 B형이 일반적이긴 하지만 꼭 그것만이 유일한 구조는 아니다. 널리 알려진 유형으로는 A-DNA, B-DNA, Z-DNA가 있다. DNA 이중나선은 나선 사이에 홈이 패이게 되는데 넓게 패이는 주홈과 좁게 패이는 부홈을 구분할 수 있다. 가장 일반적인 B-DNA의 경우 한 번 감긴 나선 마다 10개의 염기쌍이 놓인다. 그런데 A-DNA는 나선의 기울기가 수직축을 기준으로 30°정도 기울어져 있어서 더 큰 폭으로 회전한다. 이 경우 나선 사이의 홈도 비슷하게 패여서 주홈과 부홈을 구분하기 힘들게 되며 나선 하나에 놓이는 염기쌍도 11개로 B형 보다 1개 더 많다. 한편 Z-DNA는 나사의 회전 방향이 B-DNA와 거울상 대칭을 보이고 나선 하나에 12개의 염기쌍이 놓이게 된다. 그 결과 Z-DNA는 B-DNA보다 길고 홀쭉하게 보이게 된다.^[20]
(2) 그런데 최근 이중 나선 구조가 아닌, 4중 나선 구조의 DNA가 살아있는 세포 속에서 존재하고 있다는 연구 결과가 나왔다. DNA는 아데닌(A)과 구아닌(G), 시토신(C), 티민(T) 의 4가지 염기로 구성된다. 호주 가반의학연구소와 시드니대 등 공동 연구팀은 길다란 DNA 중 G나 C가 특별히 많은 지역에서 4중 나선 구조를 이루는 DNA가 존재하고 있다는 것을 최초로 발견하고, 이를 23일(현지시각) 학술지 '네이처 화학'에 발표했다.

DNA의 4 가지 염기는 A가 T, G가 C와 상보적으로 결합해 염기쌍을 형성한다. 이런 염기쌍 약 600억 개가 이중으로 나선을 이루며, 우리 몸에 대한 정보를 담고 있다. 하지만 실험실 내에서는 4중 나선 형태의 DNA도 안정적으로 형태를 유지한다. G나 C 염기가 상보적으로 결합하지 않고 G 4개, C 4개가 동시에 결합하는 경우가 있기 때문이다.

학계에선 G가 4개 모인 것을 '지-쿼트러플럭스(G-quadruplex), 즉 G4라고 부른다. 또 4개의 C가 결합한 것을 '아이-모티프(I-motif) DNA, 즉 iM DNA라 명명하고 있다. 유전학자들은 '세포 내에 4중 나선 DNA가 존재할 수 있는가'를 두고 논쟁을 벌여왔다. 실제로 존재한다면 그 원인과 역할을 무엇인지도 관심거리였다.

연구팀은 이를 알아보기 위해 iM DNA와 선택적으로 반응하는 항체를 개발했다. 여기에 녹색 형광물질을 띄도록 처리해 살아있는 세포에 주입했다. 그 결과 노화에 영향을 미치는 텔로미어(Telemere) 말단이나 DNA를 읽어 단백질을 합성할 때처럼 각기 다른 DNA 지역과 시기에 녹색 반점이 나타났다 사라지는 것을 확인했다.
특히 연구팀은 세포 주기 중 ‘G1’기에서 iM DNA가 가장 많이 관찰되는 것이 확인했다. G1기는 세포주기의 가장 첫 번째 단계로, 세포 생장의 필요한 단백질이 합성되는 시기다.

가반의학연구소 마흐디 자라티 연구원은 “DNA를 읽어 단백질을 만드는 G1기에 iM DNA가 많다는 것을 볼 때, 다른 유전자 지역이 활성화되는 데 영향을 미치는 것으로 추정 된다”고 설명했다.

가반의학연구소 표적치료센터 다니엘 크리스트 연구디렉터는 “그동안은 iM DNA를 추적하기 위한 항체가 없어 연구가 더뎠는데 이번에는 이를 해결했다”며 “앞으로 G4가 있는지도 찾아보고, 이런 4중 나선 DNA들이 나타나는 이유를 밝힌다면 그간 알 수 없었던 각종 질병과 노화문제에 새로운 접근법을 제시할 수 있을 것”이라고 말했다.

ㅁ넉든지 말든지

suinjeong172 — 2024-05-19 20:39:29 UTC

https://m.blog.naver.com/rosemaker/80056660108

DNA 이중나선에 대하여

suinjeong172 — 2024-05-19 20:41:47 UTC

첫째, DNA 가닥에 있는 인산기는 음전하를 띠기 때문에 두 가닥이 접근하게 되면 정전기적 반발이 일어난다. 이 정전기적 상호작용은 이중나선 형성을 방해할 수 있다. 그러나 물의 유전상수(dielectric constant)가 크기 때문에 정전기적 반발은 매우 작다. 또한 대부분의 경우 DNA 용액 속에 존재하는 Na+이나 Mg2+과 같은 양이온들이 인산기의 음전하를 부분적으로 중화시키기 때문에 정전기적 반발은 최소화될 수 있다. DNA의 두 가닥이 분리되는 온도인 녹는 온도(melting temperature)는 양이온 농도, 즉 염 농도가 작을수록 낮아진다. 그 이유는 양이온의 농도가 작을수록 인산기 사이의 정전기적 반발이 크기 때문이다.

둘째, 이중나선에서 염기 쌍들은 수소결합을 통하여 형성된다. 각 DNA 가닥에서 염기 쌍을 형성하는 원자들은 이중 나선을 형성하기 전에 물 분자들과 수소결합을 형성하고 있다. 두 가닥의 DNA가 접근하면서 물과의 수소결합들은 끊어지고 염기들 사이에서 새로운 수소결합들을 형성하게 되는데 끊어진 수소결합의 수가 형성된 수와 같기 때문에, 실질적으로 수소결합으로 새로 추가로 얻어지는 에너지는 없다. 그러나 염기 쌍을 형성하지 못하는 두 염기가 접근하였을 때는 물과 수소결합은 끊어지는데 새로운 수소결합을 할 수 없으므로 이중나선을 형성하는데 불리하게 된다.

셋째, 염기 쌍들은 서로 평행하여 차곡차곡 쌓일(stacking) 수 있다. 인접한 염기 쌍들 간 거리는 3.4 Å인데 이 때 가장 가깝게 접근하는 원자들 사이의 거리는 반데르발스 접촉거리와 비슷하다. 이중나선 구조는 염기 stacking과 반데르발스 상호작용이 잘 일어날 수 있도록 되어 있다. 넷째, 이중나선에서 물에 노출된 무극성 표면을 최소화하기 위하여 소수성 상호작용이 중요한 역할을 한다. 염기는 상대적으로 무극성이기 때문에 물과 접촉이 어려운 나선 안쪽으로 들어가고, 극성인 인산기는 나선 바깥쪽인 물 쪽으로 나와 있다.

[네이버 지식백과]DNA 이중나선 [DNA double helix] (미생물학백과 )

suinjeong172 — 2024-05-19 20:55:58 UTC

suinjeong172 — 2024-05-26 16:30:33 UTC